DE3545455A1

DE3545455A1 - Verfahren zur herstellung von thermoplastischen koerpern mit kern

Info

Publication number: DE3545455A1
Application number: DE19853545455
Authority: DE
Inventors: Jochen Adamek
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-12-20
Filing date: 1985-12-20
Publication date: 1987-07-02

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solches Vefahren wird z.B. zur Herstellung von zum Wellenreiten dienenden Surfbrettern oder zur Herstellung von windgetriebenen Surfbrettern verwendet. Derartige Surf bretter bestehen häufig aus zwei thermoplastischen Halb schalen, nämlich einer Unterschale und einer Oberschale mit einem dazwischen befindlichen Kern. Das bekannte Verfahren zur Herstellung dieser Surfbretter sieht vor, daß zunächst die untere Schale in eine Schweißvorrichtung eingelegt wird, daß danach ein vorgefertigter Kern, beispielsweise aus expandiertem Polystyrol-Schaum, in die untere Schale eingelegt wird und daß dann die obere Schale aufgelegt wird, worauf dann die beiden Schalen mit dem dazwischen befindlichen Kern an ihren Stoßkanten verschweißt werden. Die Qualität dieser Schweißnaht hat wesentlichen Einfluß auf die Qualität des fertigen Surfbrettes. Ist die Schweiß naht defekt, kann an dieser Stelle Wasser eindringen und die Gebrauchseigenschaften des Surfbrettes auf unerwünschte Weise verändern. Des weiteren kann eine mangelhaft ver schweißte Stelle der beiden Formhälften durch ihre Kerbwir kung zu einem größeren Riß in der Schweißnaht und damit zur Zerstörung des Surfbrettes führen.

Um eine Schweißnaht guter Qualität zu erhalten, ist man dazu übergegangen, den Kern und den Formkörper so zu ge stalten, daß zwischen dem Kern und den Stoßkanten ein mit Luft gefüllter Zwischenraum , eine sogenannte Luftblase entsteht. Dieser Zwischenraum löst mehrere für die Qualität der Herstellung entscheidende Probleme:

1. Durch die Luftblase wird verhindert, daß ein während des Einlegens des Kerns abgelöstes Teilchen des Kerns zwischen die Stoßkanten gerät und die Verschweißung an dieser Stelle verhindert.
2. Bei der Verwendung von Haftvermittler besteht die Ge fahr, daß der Haftvermittler aufgrund der Schwerkraft an dem Kern herabläuft und somit zwischen die Stoß kanten gerät und ebenfalls die vollständige Ver schweißung an dieser Stelle verhindert.
3. Das gleiche gilt für das Harz, mit dem ein eventuell auf dem Kern vorgesehenes Armierungsgewebe getränkt ist, es kann ebenfalls herablaufen, zwischen die Stoßkanten geraten und die Verschweißung beeinträch tigen.
4. Die Verschweißung hat eine Materialansammlung im Bereich der Schweißnaht des thermoplastischen Mate rials zur Folge, die zu einer nach innen gerichteten Ausbeulung führt, da ein Ausweichen des Materials nach außen durch die Schweißvorrichtung verhindert wird. Wenn kein Raum zur Aufnahme dieser Ausbeulung vorgesehen ist, entsteht eine ständige hohe Belastung der Schweißnaht von innen.

Bei Verwendung einer Luftblase treten diese Probleme mit ihren negativen Einflüssen auf die Qualität der Schweißnaht nicht mehr auf.

Die Luftblase ist jedoch nachteilig für die Gebrauchseigen schaften des Surfbrettes, da an dieser Stelle die Schale nicht durch den Kern gestützt wird. Dies zeigt sich beson ders dann, wenn die Materialstärke des Formkörpers zur Gewichtsersparnis an der unteren Dimensionierungsgrenze ausgeführt wird. Eine stoßartige Belastung der Schweißnaht, die möglicherweise beim Transport oder beim Gebrauch des Surfbrettes auftritt, kann zu einer Eindellung der Schweiß naht an dieser Stelle und damit, aufgrund der Spannungsver teilung, zu einem von innen her beginnenden Aufplatzen der Schweißnaht führen.

Um diesem Mangel abzuhelfen ist vorgeschlagen worden, die Luftblase zwischen dem Kern und dem Formkörper nach Ab schluß des Schweißvorgangs durch Ausschäumen zu beseitigen. Dieses Verfahren hat aber den Nachteil, sehr aufwendig zu sein, da zunächst Bohrungen in den thermoplastischen Körper eingebracht werden müssen, durch die dann das Schäummate rial eingespritzt wird. Die Herstellung des Surfbrettes wird dadurch unerwünschterweise stark verlängert und ver teuert. Außerdem ist nicht gewährleistet, daß das zu schäu mende Material auch wirklich alle Bereiche des Luftspaltes erreicht.

Die Erfindung stellt sich deshalb die Aufgabe, ein Verfah ren zur Herstellung von thermoplastischen Körpern mit Ker nen zu schaffen, welches rationell durchgeführt werden kann und welches zu befriedigenden Festigkeiten der Schweißnähte führt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs genannten Art durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß das Verschweißen der Stoßkanten störungsfrei durchgeführt wer den kann, ohne daß nach dem Schweißvorgang eine die Festig keit beeinträchtigende Luftblase vorhanden ist. Das Verfah ren sieht lediglich einen zusätzlichen Arbeitsgang vor, nämlich das Einbringen des Füllkörpers in den Formkörper, bzw. das Anbringen des Füllkörpers am Kern. Eine Nachbear beitung des geschweißten Formkörpers entfällt vollständig.

Das Verfahren kann sehr günstig bei der Herstellung von Surfbrettern angewendet werden, bei denen eine Ober- und Unterschale mit einem dazwischen angeordneten Schaumkern miteinander verschweißt werden.

Eine zu bevorzugende Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß ein weitgehend elastischer Füll körper verwendet wird, der an dem Kern angeordnet wird, bevor dieser in den Formkörper eingelegt wird. Ein derarti ger Füllkörper kann alternativ entweder so gestaltet wer den, daß er elastisch nachgibt, um die Ausbeulung der Schweißnaht aufzunehmen, oder indem eine entsprechende rillenförmige Vertiefung im Füllkörper vorgesehen wird, die den benötigten Platz für die Ausbeulung der Schweißnaht bietet. Der elastische Füllkörper kann in eine nutartige Vertiefung des Kerns eingelegt werden, wodurch eine ein fache und zuverlässige Fixierung der Lage des Füllkörpers erreicht wird. Die Fugen zwischen dem Füllkörper und dem Kern können dabei etwas verbreitert werden, wenn die Wir kung des Füllkörpers alleine nicht ausreicht, um den ablau fenden Haftvermittler oder das Harz aufzunehmen. Diese Flüssigkeiten können dann die entsprechende Fuge ausfüllen.

Die Verwendung des elastischen Formkörpers hat des weiteren den Vorteil, daß die Schweißkante bei stoßartigen Belastun gen geringfügig einfedern kann, wodurch die Schadensan fälligkeit der Schweißnaht vermindert wird.

Eine andere zu bevorzugende Ausführungsform des erfindungs gemäßen Verfahrens sieht vor, daß der Füllkörper so be schaffen ist, daß er während des Schweißvorgangs sein Volu men erhöht. Diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ver fahrens hat den Vorteil, daß bis zum Beginn des eigent lichen Schweißvorgangs, also bis zum Kontakt der Stoßkanten miteinander, in bekannter Weise eine Luftblase mit den eingangs genannten Vorteilen für das Herstellungsverfahren zur Verfügung steht, die aber nach der Beendigung des Schweißvorgangs vollständig mit dem Füllkörper gefüllt ist. Das Schweißverfahren läßt sich dadurch sehr rationell durchführen, ohne daß Festigkeitseinbußen durch einen hin ter der Schweißnaht entstehenden Luftraum zu befürchten sind.

Als Material für den bei dieser Ausgestaltung des Verfah rens verwendeten Füllkörper wird vorzugsweise ein z.B. unter Temperaturwirkung aufschäumender Kunststoff verwendet. Falls der Kunststoff für das Schäumen ein spezielles Treib mittel benötigt, ist es zweckmäßig, ein Gemisch aus dem Kunststoff und dem Treibmittel zu verwenden, wobei das Gemisch möglichst homogen sein sollte, um ein gleichmäßiges Schäumen zu erzielen.

Der Kunststoff oder das Kunststoffgemisch muß so in den Füllkörper eingebracht werden, daß er beim Aufschäumen alle Bereiche der Luftblase erreicht. Gemäß einer zu bevorzugen den Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Kunststoff oder das Kunststoffgemisch in einer band- oder schnurartigen Form in den Formkörper eingebracht. Vorzugs weise wird dabei der Kern so gestaltet, daß das Band vor dem Einlegen des Kerns an diesem angebracht werden kann. Eine solche Ausgestaltung des Kerns kann z. B. in einer den Kern umlaufenden Vertiefung bestehen, in die das Band ein gelegt wird. Das Band kann entweder lose in die Vertiefung eingelegt werden, am Kern festklebt oder, wenn es eine hohe Elastizität aufweist, direkt um den Kern gelegt werden, wobei es dann durch die elastische Vorspannung und durch die Reibung gehalten wird. Beim Kleben und beim elastischen Halten kann die Vertiefung des Kerns auch entfallen, zur besseren Ausrichtung und Fixieren kann aber z.B. ein ent sprechender Absatz an der Seite des Kerns vorgesehen wer den.

Gemäß einer anderen zu bevorzugenden Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine den Kern umlaufende Vertiefung vorgesehen, in die der auszuschäumende Kunst stoff als Flüssigkeit mit hoher Viskosität und/oder Ober flächenspannung eingebracht wird. Vorzugsweise wird dazu ein pastenförmiger Kunststoff verwendet, der in eine ent sprechende Vertiefung eingebracht werden kann, ohne daß die Gefahr besteht, daß der Kunststoff aus dieser Vertiefung herauslaufen kann.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die den Kern umlaufende Vertiefung so gewählt, daß eine Rinne entsteht, aus der auch ein dünnflüssiger Kunststoff oder Kunststoffgemisch oder ein Kunststoffgranulat nicht auf grund der Schwerkraft austreten kann.

In das Band oder in die Vertiefung des Kerns kann auch, entsprechend einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, ein metallischer Draht oder ein metallisches Band einge bracht werden, dem während des Herstellungsvorgangs z. B. durch Induktionswirkung o.ä. elektrische Energie zugeführt werden kann. Damit kann die Wärmezufuhr erhöht werden, wodurch das Aufschäumen des Kunststoffes gegebenen falls verbessert werden kann.

Weitere Ausgestaltungen, Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeich nung. Darin zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein nach dem erfindungsge mäßen Verfahren hergestelltes Surfbrett mit einem elastischen Füllkörper von im wesentlichen konstan tem Volumen;

Fig. 2 einen Querschnitt durch das Surfbrett gemäß Fig. 1 entlang der Linie I-I;

Fig. 3 einen Querschnitt durch ein nach dem erfindungsge mäßen Verfahren herzustellendes Surfbrett vor dem Schweißvorgang;

Fig. 4 das Surfbrett gem. Fig. 3 nach dem Schweißvorgang;

Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel eines Kerns zur Aufnahme eines Füllkörpers;

Fig. 5a ein Ausführungsbeispiel ähnlich dem der Fig. 5;

Fig. 6 und 7 weitere Ausführungsbeispiele einer Vertiefung im Kern zur Aufnahme des Füllkörpers.

Die Fig. 1 zeigt den Querschnitt durch ein mit dem erfin dungsgemäßen Verfahren hergestelltes Surfbrett. Es sei darauf hingewiesen, daß in dieser und den anderen Figuren die Maßstabsverhältnisse gegenüber der Wirklichkeit verän dert wurden, um das Wesen der Erfindung besser verdeutli chen zu können. Das in Fig. 1 dargestellte Surfbrett weist eine untere Halbschale 1 und eine obere Halbschale 2 auf, die jeweils aus einem Thermoplast gefertigt sind. Die bei den Halbschalen umschließen den aus expandiertem Polystyrol gefertigten Kern 3. Der Kern 3 weist eine umlaufende, rillenförmige Vertiefung 4 und 4′ auf, in die ein elasti scher, z. B. aus Kunststoff oder Gummi bestehender Körper 5 eingelegt ist. Die Vertiefungen 4, 4′ im Kern und die entsprechenden Vorsprünge 6 und 6′ des Füllkörpers haben den Vorteil, daß der Füllkörper präzise am Kern plaziert werden kann und gegen ein Verrutschen beim Einlegen des Kerns in die Formhälften gesichert ist. Es ist jedoch auch in gleicher Weise möglich, den Füllkörper auf den Kern aufzukleben und auf eine entsprechende Vertiefung 4, 4′ und den Vorsprung 6, 6′ zu verzichten. Der Füllkörper weist des weiteren eine Vertiefung 7 und 7′ auf, die in unmittelbarer Nähe der Schweißnaht 8, 8′ angeordnet ist, um die Ausbeu lung der Schweißnaht 9, 9′ aufzunehmen. Der Füllkörper besteht aus einem elastischen Material und ist genügend temperaturbeständig, um die während des Schweißvorgangs in der Schweißvorrichtung herrschenden Temperaturen von ungefähr 150°C zu ertragen. Die Fugen 10 zwischen dem Kern und dem elastischen Füllkörper können so dimensioniert werden, daß ein kleiner Zwischenraum entsteht, der eventuell von der Oberseite des Kerns 11 herabfließendes Material aufnimmt. Das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Surf brett kann selbstverständlich auch in bekannter Weise Ar mierungen aufweisen, die vor dem Zusammenfügen der Halb schalen auf den Kern aufgelegt oder in die Form eingelegt werden.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch das in Fig. 1 dargestellte Surfbrett entlang der Linie I-I. Man kann erkennen, wie der Füllkörper um das gesamte Surfbrett umläuft, so daß an keiner Stelle ein direkter Kontakt zwischen dem Schaumkern und der Schweißnaht besteht.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform eines mit dem erfin dungsgemäßen Verfahren herzustellenden Surfbretts vor dem Schweißvorgang. Bei dieser Ausgestaltung des Verfahrens wird ein Füllkörper verwendet, der sein Volumen während des Schweißvorgangs erhöht. Die gegenüber der Fig. 1 unverän derten Teile der Darstellung weisen, wie auch bei den nachfolgenden Figuren, die gleichen Bezugszeichen wie die Fig. 1 auf. Der Kern 3 ist in die Halbschalen 1 und 2 eingebettet und weist an seinem Ende eine Abflachung 15 auf. Den Kern umläuft der Füllkörper 11 der teilweise oder vollständig aus einem Kunststoff besteht, der unter Einwir kung der Temperatur in der Schweißvorrichtung aufschäumt. Bei einem solchen Kunststoff kann es sich beispielsweise um ein maskiertes Isocyanat handeln. Es ist aber auch die Verwendung von den bekannten anderen Kunststoffen zum Auf schäumen möglich, falls diese Kunststoffe jedoch ein spe zielles Treibmittel benötigen, muß dafür Sorge getragen werden, daß dieses Treibmittel in geeigneter Weise zur Verfügung steht. Dies kann z. B. erreicht werden, indem ein Kunststoffgemisch aus dem Kunststoff selbst und dem Treib mittel verwendet wird.

Der in dem gezeigten Ausführungsbeispiel bandartige Füll körper kann auf unterschiedliche Weise an dem Kern befe stigt werden. Falls das Band elastisch mit genügender Fe stigkeit hergestellt werden kann, kann es genügen, wenn das Band unter elastischer Vorspannung um den Kern gelegt wird. Falls die Materialeigenschaften des Bandes dies nicht zu lassen, oder falls das Verfahren zu umständlich ist, ist es auch möglich, das Band an dem Kern festzukleben. Dies kann entweder durch ein selbstklebendes Band oder mittels eines entsprechenden Klebers bewirkt werden.

Während des Schweißvorgangs schäumt der Kunststoff, aus dem das Band vollständig oder teilweise besteht auf und füllt den zwischen dem Kern und den Schalen verbleibenden Hohl raum 12 vollständig aus, wie es in Fig. 4 dargestellt ist. Der ausgeschäumte Hohlraum ist hier mit dem Bezugszeichen 13 gekennzeichnet.

Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens mit dem auf schäumenden Kunststoff zeigt die Fig. 5. Bei dieser Ausfüh rungsform weist der Kern eine Vertiefung auf, in die der Kunststoff eingebracht wird. Der Kunststoff kann hier so wohl als band- oder schnurartiger Körper, als biegsamer Stab o.ä. eingebracht werden. Des weiteren kann der Füll körper auch durch Kleben, sei es durch einen eingebrachten Kleber oder aufgrund einer selbstklebenden Beschichtung, die sowohl am Kern als auch am Band aufgebracht werden kann, befestigt werden. Ferner ist es möglich, den Kunst stoff in Form eines pastenartigen Stranges in die Vertie fung einzubringen. Die Fig. 5a zeigt eine etwas veränderte Ausführungsform, wobei der Kern eine kleine rillenförmige Vertiefung 40 aufweist, in die ein schnurartiger Körper eingelegt ist, welcher einen aufschäumenden Kunststoff 41 beinhaltet. Das Band kann auch in diesem Falle durch Eigen spannung oder durch Kleben befestigt werden.

Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform des Verfahrens, wobei hier eine Vertiefung 45 vorgesehen ist, die teilweise oder vollständig mit flüssigem, pulver- oder granulatförmi gem Kunststoff 46 gefüllt werden kann. Eine ähnliche Ausfüh rung zeigt die Fig. 7, hier ist eine Nut 50 schräg einge schnitten, die dadurch die Aufnahme einer Flüssigkeit etc. 51 ermöglicht. Bei dieser Gestaltung darf der Kern natür lich nach dem Einfüllen des Kunststoffs nicht mehr gekippt werden.

In Fig. 8 ist ein Kern mit einem kleinen Absatz 55 darge stellt, der dazu verwendet werden kann, einen bandartigen Kunststoffkörper zu unterstützen, bzw. lagerichtig zu fi xieren. Das Kunststoffband 56, welches z. B. unter Wärmezu fuhr aufschäumt, kann wie zuvor beschrieben, durch Kleben oder durch Einspannen am Kern befestigt werden.

Es soll noch der Vollständigkeit halber darauf hingewiesen werden, daß das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf die Anwendung bei zweischaligen Körpern beschränkt ist. Es kann vielmehr auch verwendet werden, wenn ein aus mehreren Form teilen bestehender thermoplastischer Körper mit einem Kern an den Stoßkanten der Formteile verschweißt werden soll.

Claims

1. Verfahren zu Herstellung von thermoplastischen Körpern mit einem aus mindestens zwei Teilen bestehenden Form körper und einem Kern, wobei der Kern in den Formkörper eingelegt und die Formkörperteile anschließend an ihren Stoßkanten mittels einer Schweißvorrichtung miteinander verschweißt werden und wobei der Kern den Formkörper im Bereich der Stoßkanten nicht vollständig ausfüllt, da durch gekennzeichnet, daß vor dem Beginn des Schweiß vorgangs ein Füllkörper (5; 11) in den Formkörper (1, 2) im Bereich der Stoßkanten eingebracht wird, der den in diesem Bereich vorhandenen Zwischenraum (12) zwischen dem Kern und der Schale nach dem Schweißvor gang weitgehend oder vollständig ausfüllt.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Füllkörper (5) ein im wesentlichen volumenbestän diges Material verwendet wird, welches vor dem Einlegen des Kerns (3) an dem Kern angebracht wird.

3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllkörper (5) in eine Vertiefung des Kerns einge legt wird.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllkörper (11) teilweise oder vollständig aus einem aufschäumenden Kunststoff besteht.

5. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Füllkörper ein Gemisch aus Kunststoff und aus einem Treibmittel zum Aufschäumen dieses Kunststoffes verwen det wird.

6. Verfahren gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich net, daß der den aufschäumenden Kunststoff enthaltende Füllkörper in einer band- oder schnurartigen Form vor oder nach dem Einlegen des Kerns an diesem im Bereich der Schweißnähte angebracht wird.

7. Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der aufschäumende Kunst stoff (36; 41; 46; 51) in einer Vertiefung des Kerns (35; 40; 45; 50) angeordnet wird.

8. Verfahren gemäß Anspruch 4 oder 5 und 7, dadurch ge kennzeichnet, daß der Kunststoff in pastenförmiger Form in die Vertiefung des Kerns eingebracht wird.

9. Verfahren gemäß Anspruch 4 oder 5 und 7, dadurch ge kennzeichnet, daß der Kunstoff in eine Vertiefung ein gebracht wird, die so gestaltet ist, daß ein in Schwer kraftrichtung unterhalb der Einfüllkante liegender Hohlraum entsteht.

10. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der aufschäumende Kunststoff in flüssiger, pastenförmi ger, granulierter oder fester Form in diese Vertiefung eingefüllt wird.

11. Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß als aufschäumender Kunststoff ein unter Temperatureinwirkung aufschäumen der Kunststoff verwendet wird.

12. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur in der Schweißvorrichtung höher als 150°C ist.

13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Wärmezufuhr über einen im Füllkörper oder in der Nähe des Füllkörpers angeordneten metallischen Leiter erfolgt, der mit elektrischer Energie, z. B. durch Induktionswirkung, versorgt wird.

14. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zur Herstellung von Surfbrettern.

15. Surfbrett mit einem aus mindestens zwei Formteilen bestehenden Formkörper, die an ihren Stoßkanten mitein ander verschweißt sind und einen Kern umschließen, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Stoßkanten zwischen den Formteilen und dem Kern ein ohne Beschädi gung der Oberfläche eingebrachter Füllkörper angeordnet ist.

16. Surfbrett gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllkörper aus einem Material besteht, welches sein Volumen bei Wärmezufuhr nicht über die Wärmedeh nung hinaus verändert.

17. Surfbrett gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllkörper ein Kunststoffschaum ist.